JP2023051204A - System for controlling working machine, a method, and a program - Google Patents

Abstract

To provide a system for controlling a working machine capable of simplifying the operation of the working machine.SOLUTION: A measurement value acquisition unit acquires measured values from multiple sensors. A position posture calculation unit calculates a current posture of a work implement based on the measured values. A target posture determination unit determines a virtual axis of rotation based on the calculated current posture. A rotation amount calculator generates control signals of a tilt rotator for rotating the work implement around the virtual axis of rotation based on the operation signals from the operation unit. A control signal output unit outputs the generated control signals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、作業機械を制御するためのシステム、方法およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to systems, methods and programs for controlling work machines.

特許文献１には、チルト回転可能なチルトバケットを備えた建設機械（作業機械）の制御システムが開示されている。このように、互いに異なる軸回りに回動可能な複数の回動機構を搭載し、バケット等の作業器具を所望に回動可能な作業機械が知られている。 Patent Literature 1 discloses a control system for a construction machine (work machine) having a tiltable tilt bucket. As described above, there is known a working machine that is equipped with a plurality of rotating mechanisms capable of rotating around different axes and that can rotate a working implement such as a bucket as desired.

特開２０２０－１２５５９９号公報JP 2020-125599 A

ところで、作業機械のアタッチメントを互いに直交する３つの軸回りに回転可能に支持するチルトローテータという部品が知られている。作業機械にチルトローテータを取り付けることで、アタッチメントを任意の方向に向けることができる。一方、油圧ショベル等の作業機械において、最も頻繁に行われる基本操作の一つに、バケットをその開口方向に沿って回動させる操作（バケット操作）がある。バケット操作とは、掘削や排土を行う際などに用いられる操作である。通常の油圧ショベルであれば、このような操作は単純なレバー操作で容易に実行可能である。しかしながら、チルトローテータを搭載した油圧ショベルにおいて、バケットをその開口方向に沿って回動させるためには、当該バケットの開口方向に応じた複合的な操作が要求される。 By the way, there is known a component called a tilt rotator that rotatably supports an attachment of a work machine about three mutually orthogonal axes. By attaching a tilt rotator to the work machine, the attachment can be oriented in any direction. On the other hand, in a working machine such as a hydraulic excavator, one of the most frequently performed basic operations is an operation of rotating a bucket along its opening direction (bucket operation). A bucket operation is an operation used when excavating or dumping soil. With a normal hydraulic excavator, such an operation can be easily performed by a simple lever operation. However, in a hydraulic excavator equipped with a tiltrotator, in order to rotate the bucket along its opening direction, a complex operation corresponding to the opening direction of the bucket is required.

本開示の目的は、チルトローテータを介して作業機に支持された作業器具を備える作業機械において、作業器具をその基準方向（例えば、バケットの開口方向）に沿って回動させる操作を簡素化できるシステム、方法およびプログラムを提供することにある。 An object of the present disclosure is to simplify the operation of rotating a work implement along its reference direction (for example, a bucket opening direction) in a work machine including a work implement supported by the work implement via a tiltrotator. It is to provide a system, a method and a program.

本開示の一態様によれば、システムは、作業機の先端に取り付けられたチルトローテータと、チルトローテータを介して作業機に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持された作業器具とを備える作業機械を制御するためのシステムであって、プロセッサを備える。プロセッサは、複数のセンサから計測値を取得する。プロセッサは、計測値に基づいて、作業器具の現在の姿勢を算出する。プロセッサは、算出した作業器具の現在の姿勢に基づいて、仮想回転軸を決定する。プロセッサは、操作装置からの操作信号に基づいて、作業器具を仮想回転軸回りに回転させるための前記チルトローテータの制御信号を生成する。プロセッサは、生成した前記制御信号を出力する。 According to one aspect of the present disclosure, the system is rotatably supported by a tiltrotator attached to the tip of the work machine, and around three axes that intersect with the work machine on different planes via the tiltrotator. and a work implement, the system comprising a processor. A processor obtains measurements from multiple sensors. A processor calculates a current attitude of the work implement based on the measurements. The processor determines a virtual axis of rotation based on the calculated current pose of the work implement. The processor generates a control signal for the tiltrotator for rotating the work implement about the virtual rotation axis based on the operation signal from the operating device. The processor outputs the generated control signal.

上記態様によれば、チルトローテータを介して作業機に支持された作業器具を備える作業機械において、作業器具をその基準方向（例えば、バケットの開口方向）に沿って回動させる操作を簡素化できる。 According to the above aspect, in a working machine including a working tool supported by the working machine via the tiltrotator, it is possible to simplify the operation of rotating the working tool along its reference direction (for example, the opening direction of the bucket). .

第１の実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a working machine 100 according to a first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係るチルトローテータ１６３の構成を示す図である。4 is a diagram showing the configuration of a tiltrotator 163 according to the first embodiment; FIG. 第１の実施形態に係る作業機械１００の駆動系を示す図である。It is a figure showing a drive system of work machine 100 concerning a 1st embodiment. 第１の実施形態に係る制御装置２００の構成を示す概略ブロック図である。2 is a schematic block diagram showing the configuration of a control device 200 according to the first embodiment; FIG. 第１の実施形態におけるダンプ操作アシスト制御を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing dump operation assist control in the first embodiment; 第１の実施形態における操作装置の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the operating device in 1st Embodiment. 第１の実施形態におけるダンプ操作アシスト制御による作用効果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing operational effects of dumping operation assist control in the first embodiment; FIG. 第１の実施形態におけるダンプ操作アシスト制御による作用効果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing operational effects of dumping operation assist control in the first embodiment; FIG.

〈第１の実施形態〉
《作業機械の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。第１の実施形態に係る作業機械１００は、例えば油圧ショベルである。作業機械１００は、走行体１２０、旋回体１４０、作業機１６０、運転室１８０、制御装置２００を備える。第１の実施形態に係る作業機械１００は、バケット１６４の刃先が設計面を越えないように制御する。 <First embodiment>
<<Construction of working machine>>
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a working machine 100 according to the first embodiment. A working machine 100 according to the first embodiment is, for example, a hydraulic excavator. The working machine 100 includes a traveling body 120 , a revolving body 140 , a working machine 160 , an operator's cab 180 and a control device 200 . The work machine 100 according to the first embodiment controls the cutting edge of the bucket 164 so as not to exceed the design surface.

走行体１２０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１２０は、例えば左右１対の無限軌道である。
旋回体１４０は、走行体１２０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１６０は、旋回体１４０に動作可能に支持される。作業機１６０は、油圧により駆動する。作業機１６０は、ブーム１６１、アーム１６２、チルトローテータ１６３、および作業器具であるバケット１６４を備える。ブーム１６１の基端部は、旋回体１４０に回動可能に取り付けられる。アーム１６２の基端部は、ブーム１６１の先端部に回動可能に取り付けられる。チルトローテータ１６３は、アーム１６２の先端部に回動可能に取り付けられる。バケット１６４は、チルトローテータ１６３に取り付けられる。バケット１６４は、チルトローテータ１６３を介して作業機１６０に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持される。ここで、旋回体１４０のうち作業機１６０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１４０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。 Traveling body 120 supports work machine 100 so that it can travel. The traveling body 120 is, for example, a pair of left and right endless tracks.
The revolving body 140 is supported by the traveling body 120 so as to be able to revolve around the revolving center.
Work implement 160 is operably supported by revolving body 140 . Work implement 160 is hydraulically driven. The working machine 160 includes a boom 161, an arm 162, a tiltrotator 163, and a bucket 164 as a working implement. A base end of the boom 161 is rotatably attached to the revolving body 140 . A proximal end of the arm 162 is rotatably attached to a distal end of the boom 161 . The tilt rotator 163 is rotatably attached to the tip of the arm 162 . Bucket 164 is attached to tiltrotator 163 . Bucket 164 is rotatably supported by tilt rotator 163 with respect to work implement 160 about three axes that intersect on different planes. Here, a portion of the revolving body 140 to which the work implement 160 is attached is referred to as a front portion. In addition, with respect to the revolving body 140, the front portion is referred to as the rear portion, the left portion is referred to as the left portion, and the right portion is referred to as the right portion.

図２は、第１の実施形態に係るチルトローテータ１６３の構成を示す図である。チルトローテータ１６３は、バケット１６４を支持するようにアーム１６２の先端に取り付けられる。チルトローテータ１６３は、取付部１６３１、チルト部１６３２、回転部１６３３を備える。取付部１６３１は、図示左右方向に伸びる軸回りに回転可能にアーム１６２の先端に取り付けられる。チルト部１６３２は、図示前後方向に伸びる軸回りに回転可能に取付部１６３１に取り付けられる。回転部１６３３は、図示上下方向に伸びる軸回りに回転可能にチルト部１６３２に取り付けられる。理想的には、取付部１６３１、チルト部１６３２、回転部１６３３の回転軸は互いに直交する。バケット１６４の基端部は、回転部１６３３に固定される。これにより、バケット１６４は、アーム１６２に対して互いに直交する３軸を中心に回転することができる。ただし、実際には取付部１６３１、チルト部１６３２、回転部１６３３の回転軸は設計誤差を含み、必ずしも直交しない可能性がある。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the tiltrotator 163 according to the first embodiment. A tiltrotator 163 is attached to the tip of the arm 162 so as to support the bucket 164 . The tilt rotator 163 has a mounting portion 1631 , a tilt portion 1632 and a rotation portion 1633 . The attachment portion 1631 is attached to the tip of the arm 162 so as to be rotatable about an axis extending in the horizontal direction of the figure. The tilt part 1632 is attached to the attachment part 1631 so as to be rotatable around an axis extending in the longitudinal direction of the drawing. The rotating portion 1633 is attached to the tilt portion 1632 so as to be rotatable around an axis extending vertically in the figure. Ideally, the rotation axes of the attachment portion 1631, the tilt portion 1632, and the rotation portion 1633 are orthogonal to each other. A base end portion of the bucket 164 is fixed to the rotating portion 1633 . As a result, the bucket 164 can rotate about three axes perpendicular to each other with respect to the arm 162 . However, in reality, the rotation axes of the mounting portion 1631, the tilt portion 1632, and the rotation portion 1633 include design errors and may not necessarily be orthogonal.

運転室１８０は、旋回体１４０の前部に設けられる。運転室１８０内には、オペレータが作業機械１００を操作するための操作装置２７１、および制御装置２００のマンマシンインタフェースであるモニタ装置２７２が設けられる。操作装置２７１は、オペレータからの走行モータ３０４の操作量、旋回モータ３０５の操作量、ブームシリンダ３０６の操作量、アームシリンダ３０７の操作量、バケットシリンダ３０８の操作量、チルトシリンダ３０９の操作量、および回転モータ３１０の操作量の入力を受け付ける。モニタ装置２７２は、オペレータからバケット姿勢保持モードの設定および解除の入力を受け付ける。バケット姿勢保持モードとは、制御装置２００が自動的にグローバル座標系におけるバケット１６４の姿勢を保持するためにバケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０を制御するモードである。モニタ装置２７２は、例えばタッチパネルを備えるコンピュータによって実現される。 The operator's cab 180 is provided in the front portion of the revolving body 140 . Inside the operator's cab 180, an operation device 271 for an operator to operate the work machine 100 and a monitor device 272 as a man-machine interface of the control device 200 are provided. The operation device 271 controls the amount of operation of the travel motor 304, the amount of operation of the swing motor 305, the amount of operation of the boom cylinder 306, the amount of operation of the arm cylinder 307, the amount of operation of the bucket cylinder 308, the amount of operation of the tilt cylinder 309, and the input of the operation amount of rotary motor 310 . The monitor device 272 receives an input for setting and canceling the bucket attitude holding mode from the operator. The bucket attitude holding mode is a mode in which controller 200 automatically controls bucket cylinder 308, tilt cylinder 309, and rotary motor 310 to maintain the attitude of bucket 164 in the global coordinate system. The monitor device 272 is realized by a computer having a touch panel, for example.

制御装置２００は、オペレータによる操作装置２７１の操作に基づいて、走行体１２０、旋回体１４０、および作業機１６０を制御する。制御装置２００は、例えば運転室１８０の内部に設けられる。 Control device 200 controls traveling body 120 , revolving body 140 , and work implement 160 based on an operator's operation of operation device 271 . The control device 200 is provided inside the cab 180, for example.

《作業機械１００の駆動系》
図３は、第１の実施形態に係る作業機械１００の駆動系を示す図である。
作業機械１００は、作業機械１００を駆動するための複数のアクチュエータを備える。具体的には、作業機械１００は、エンジン３０１、油圧ポンプ３０２、コントロールバルブ３０３、一対の走行モータ３０４、旋回モータ３０５、ブームシリンダ３０６、アームシリンダ３０７、バケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９、回転モータ３１０を備える。 <<Drive System of Working Machine 100>>
FIG. 3 is a diagram showing the drive system of the work machine 100 according to the first embodiment.
Work machine 100 includes a plurality of actuators for driving work machine 100 . Specifically, the work machine 100 includes an engine 301 , a hydraulic pump 302 , a control valve 303 , a pair of travel motors 304 , a swing motor 305 , a boom cylinder 306 , an arm cylinder 307 , a bucket cylinder 308 , a tilt cylinder 309 , a rotary motor 310 . Prepare.

エンジン３０１は、油圧ポンプ３０２を駆動する原動機である。
油圧ポンプ３０２は、エンジン３０１により駆動され、コントロールバルブ３０３を介して走行モータ３０４、旋回モータ３０５、ブームシリンダ３０６、アームシリンダ３０７およびバケットシリンダ３０８に作動油を供給する。
コントロールバルブ３０３は、油圧ポンプ３０２から走行モータ３０４、旋回モータ３０５、ブームシリンダ３０６、アームシリンダ３０７およびバケットシリンダ３０８へ供給される作動油の流量を制御する。
走行モータ３０４は、油圧ポンプ３０２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０を駆動する。
旋回モータ３０５は、油圧ポンプ３０２から供給される作動油によって駆動され、走行体１２０に対して旋回体１４０を旋回させる。 The engine 301 is a prime mover that drives the hydraulic pump 302 .
Hydraulic pump 302 is driven by engine 301 and supplies working oil to travel motor 304 , swing motor 305 , boom cylinder 306 , arm cylinder 307 and bucket cylinder 308 via control valve 303 .
Control valve 303 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from hydraulic pump 302 to travel motor 304 , swing motor 305 , boom cylinder 306 , arm cylinder 307 and bucket cylinder 308 .
Traveling motor 304 is driven by hydraulic fluid supplied from hydraulic pump 302 to drive traveling body 120 .
The swing motor 305 is driven by hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 302 to swing the swing body 140 with respect to the traveling body 120 .

ブームシリンダ３０６は、ブーム１６１を駆動するための油圧シリンダである。ブームシリンダ３０６の基端部は、旋回体１４０に取り付けられる。ブームシリンダ３０６の先端部は、ブーム１６１に取り付けられる。
アームシリンダ３０７は、アーム１６２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ３０７の基端部は、ブーム１６１に取り付けられる。アームシリンダ３０７の先端部は、アーム１６２に取り付けられる。
バケットシリンダ３０８は、チルトローテータ１６３およびバケット１６４を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ３０８の基端部は、アーム１６２に取り付けられる。バケットシリンダ３０８の先端部は、リンク部材を介してチルトローテータ１６３に取り付けられる。 Boom cylinder 306 is a hydraulic cylinder for driving boom 161 . The base end of boom cylinder 306 is attached to rotating body 140 . A tip of the boom cylinder 306 is attached to the boom 161 .
Arm cylinder 307 is a hydraulic cylinder for driving arm 162 . A base end of the arm cylinder 307 is attached to the boom 161 . A tip of the arm cylinder 307 is attached to the arm 162 .
Bucket cylinder 308 is a hydraulic cylinder for driving tiltrotator 163 and bucket 164 . The proximal end of bucket cylinder 308 is attached to arm 162 . A tip of the bucket cylinder 308 is attached to the tiltrotator 163 via a link member.

チルトシリンダ３０９は、チルト部１６３２を駆動するための油圧シリンダである。チルトシリンダ３０９の基端部は、取付部１６３１に取り付けられる。チルトシリンダ３０９のロッドの先端部は、にチルト部１６３２に取り付けられる。
回転モータ３１０は、回転部１６３３を駆動するための油圧モータである。回転モータ３１０のブラケットおよび固定子は、チルト部１６３２に固定される。回転モータ３１０の回転軸および回転子は、図示上下方向に伸びるように設けられ、回転部１６３３に固定される。 A tilt cylinder 309 is a hydraulic cylinder for driving the tilt section 1632 . A proximal end portion of the tilt cylinder 309 is attached to the attachment portion 1631 . The tip of the rod of tilt cylinder 309 is attached to tilt section 1632 .
The rotary motor 310 is a hydraulic motor for driving the rotating portion 1633 . The bracket and stator of rotary motor 310 are fixed to tilt section 1632 . The rotary shaft and rotor of the rotary motor 310 are provided so as to extend vertically in the drawing and are fixed to the rotating portion 1633 .

《作業機械１００の計測系》
作業機械１００は、作業機械１００の姿勢、方位および位置を計測するための複数のセンサを備える。具体的には、作業機械１００は、傾斜計測器４０１、位置方位計測器４０２、ブーム角センサ４０３、アーム角センサ４０４、バケット角センサ４０５、チルト角センサ４０６、回転角センサ４０７を備える。 <<Measurement System of Work Machine 100>>
Work machine 100 includes a plurality of sensors for measuring the attitude, orientation, and position of work machine 100 . Specifically, work machine 100 includes tilt measuring instrument 401 , position and heading measuring instrument 402 , boom angle sensor 403 , arm angle sensor 404 , bucket angle sensor 405 , tilt angle sensor 406 and rotation angle sensor 407 .

傾斜計測器４０１は、旋回体１４０の姿勢を計測する。傾斜計測器４０１は、水平面に対する旋回体１４０の傾き（例えば、ロール角、ピッチ角およびヨー角）を計測する。傾斜計測器４０１の例としては、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が挙げられる。この場合、傾斜計測器４０１は、旋回体１４０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１４０の水平面に対する傾きを算出する。傾斜計測器４０１は、例えば運転室１８０の下方に設置される。傾斜計測器４０１は、計測値である旋回体１４０の姿勢データを制御装置２００へ出力する。 The tilt measuring device 401 measures the attitude of the revolving body 140 . The tilt measuring device 401 measures the tilt (for example, roll angle, pitch angle and yaw angle) of the revolving superstructure 140 with respect to the horizontal plane. An example of the tilt measuring instrument 401 is an IMU (Inertial Measurement Unit). In this case, the tilt measuring device 401 measures the acceleration and angular velocity of the revolving structure 140, and calculates the tilt of the revolving structure 140 with respect to the horizontal plane based on the measurement results. The tilt measuring instrument 401 is installed, for example, below the driver's cab 180 . The inclination measuring device 401 outputs the posture data of the revolving structure 140 as measured values to the control device 200 .

位置方位計測器４０２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）により旋回体１４０の代表点の位置および旋回体１４０が向く方位を計測する。位置方位計測器４０２は、例えば旋回体１４０に取り付けられた図示しない２つのＧＮＳＳアンテナを備え、２つのアンテナの位置を結ぶ直線に直交する方位を作業機械１００が向く方位として計測する。位置方位計測器４０２は、計測値である旋回体１４０の位置データおよび方位データを制御装置２００へ出力する。 The position and orientation measuring device 402 measures the position of the representative point of the revolving superstructure 140 and the azimuth to which the revolving superstructure 140 is directed by GNSS (Global Navigation Satellite System). The position and orientation measuring device 402 includes, for example, two GNSS antennas (not shown) attached to the revolving body 140, and measures an orientation orthogonal to a straight line connecting the positions of the two antennas as the orientation of the work machine 100. Position and orientation measuring device 402 outputs position data and orientation data of revolving structure 140 , which are measured values, to control device 200 .

ブーム角センサ４０３は、旋回体１４０に対するブーム１６１の角度であるブーム角を計測する。ブーム角センサ４０３は、ブーム１６１に取り付けられたＩＭＵであってよい。この場合、ブーム角センサ４０３は、ブーム１６１の水平面に対する傾きと傾斜計測器４０１が計測した旋回体の傾きとに基づいて、ブーム角を計測する。ブーム角センサ４０３の計測値は、例えば、ブーム１６１の基端と先端とを通る直線の方向が旋回体１４０の前後方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態係るブーム角センサ４０３は、ブームシリンダ３０６に取り付けられたストロークセンサであってもよい。また、他の実施形態に係るブーム角センサ４０３は、旋回体１４０とブーム１６１とを回転可能に接続する関節軸に設けられた回転センサであってもよい。ブーム角センサ４０３は、計測値であるブーム角データを制御装置２００へ出力する。 A boom angle sensor 403 measures a boom angle, which is the angle of the boom 161 with respect to the revolving body 140 . Boom angle sensor 403 may be an IMU attached to boom 161 . In this case, the boom angle sensor 403 measures the boom angle based on the tilt of the boom 161 with respect to the horizontal plane and the tilt of the revolving body measured by the tilt measuring device 401 . The measured value of the boom angle sensor 403 indicates zero, for example, when the direction of a straight line passing through the base end and the tip end of the boom 161 coincides with the longitudinal direction of the revolving structure 140 . Note that the boom angle sensor 403 according to another embodiment may be a stroke sensor attached to the boom cylinder 306 . Also, the boom angle sensor 403 according to another embodiment may be a rotation sensor provided on a joint shaft that rotatably connects the revolving body 140 and the boom 161 . Boom angle sensor 403 outputs boom angle data, which is a measured value, to control device 200 .

アーム角センサ４０４は、ブーム１６１に対するアーム１６２の角度であるアーム角を計測する。アーム角センサ４０４は、アーム１６２に取り付けられたＩＭＵであってよい。この場合、アーム角センサ４０４は、アーム１６２の水平面に対する傾きとブーム角センサ４０３が計測したブーム角とに基づいて、アーム角を計測する。アーム角センサ４０４の計測値は、例えば、アーム１６２の基端と先端とを通る直線の方向がブーム１６１の基端と先端とを通る直線の方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るアーム角センサ４０４は、アームシリンダ３０７にストロークセンサを取付けて角度の算出を行ってもよい。また、他の実施形態に係るアーム角センサ４０４は、ブーム１６１とアーム１６２とを回転可能に接続する関節軸に設けられた回転センサであってもよい。アーム角センサ４０４は、計測値であるアーム角データを制御装置２００へ出力する。 Arm angle sensor 404 measures an arm angle, which is the angle of arm 162 with respect to boom 161 . Arm angle sensor 404 may be an IMU attached to arm 162 . In this case, the arm angle sensor 404 measures the arm angle based on the tilt of the arm 162 with respect to the horizontal plane and the boom angle measured by the boom angle sensor 403 . The measured value of the arm angle sensor 404 indicates zero when, for example, the direction of the straight line passing through the proximal end and the distal end of the arm 162 matches the direction of the straight line passing through the proximal end and the distal end of the boom 161 . Note that the arm angle sensor 404 according to another embodiment may calculate the angle by attaching a stroke sensor to the arm cylinder 307 . Also, the arm angle sensor 404 according to another embodiment may be a rotation sensor provided on a joint shaft that rotatably connects the boom 161 and the arm 162 . Arm angle sensor 404 outputs arm angle data, which is a measured value, to control device 200 .

バケット角センサ４０５は、アーム１６２に対するチルトローテータ１６３の角度であるバケット角を計測する。バケット角センサ４０５は、バケットシリンダ３０８に設けられたストロークセンサであってよい。この場合、バケット角センサ４０５は、バケットシリンダ３０８のストローク量に基づいてバケット角を計測する。バケット角センサ４０５の計測値は、例えば、バケット１６４の基端と刃先とを通る直線の方向がアーム１６２の基端と先端とを通る直線の方向と一致するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るバケット角センサ４０５は、アーム１６２とチルトローテータ１６３の取付部１６３１とを回転可能に接続する関節軸に設けられた回転センサであってもよい。また、他の実施形態に係るバケット角センサ４０５は、バケット１６４に取付けられたＩＭＵであってもよい。バケット角センサ４０５は、計測値であるバケット角データを制御装置２００へ出力する。 Bucket angle sensor 405 measures the bucket angle, which is the angle of tiltrotator 163 with respect to arm 162 . Bucket angle sensor 405 may be a stroke sensor provided on bucket cylinder 308 . In this case, the bucket angle sensor 405 measures the bucket angle based on the stroke amount of the bucket cylinder 308 . The measured value of the bucket angle sensor 405 indicates zero, for example, when the direction of the straight line passing through the proximal end and the cutting edge of the bucket 164 matches the direction of the straight line passing through the proximal end and the distal end of the arm 162 . Note that the bucket angle sensor 405 according to another embodiment may be a rotation sensor provided on a joint shaft that rotatably connects the arm 162 and the mounting portion 1631 of the tiltrotator 163 . Bucket angle sensor 405 according to another embodiment may also be an IMU attached to bucket 164 . Bucket angle sensor 405 outputs bucket angle data, which is a measured value, to control device 200 .

チルト角センサ４０６は、チルトローテータ１６３の取付部１６３１に対するチルト部１６３２の角度であるチルト角を計測する。チルト角センサ４０６は、取付部１６３１とチルト部１６３２とを回転可能に接続する関節軸に設けられた回転センサであってよい。チルト角センサ４０６の計測値は、例えばアーム１６２の回転軸と回転部１６３３の回転軸とが直交するときにゼロを示す。なお、他の実施形態に係るチルト角センサ４０６は、チルトシリンダ３０９にストロークセンサを取付けて角度の算出を行ってもよい。チルト角センサ４０６は、計測値であるチルト角データを制御装置２００へ出力する。 The tilt angle sensor 406 measures the tilt angle, which is the angle of the tilt portion 1632 with respect to the mounting portion 1631 of the tilt rotator 163 . The tilt angle sensor 406 may be a rotation sensor provided on a joint shaft that rotatably connects the attachment portion 1631 and the tilt portion 1632 . The measured value of the tilt angle sensor 406 indicates zero when, for example, the rotation axis of the arm 162 and the rotation axis of the rotating portion 1633 are orthogonal. Note that the tilt angle sensor 406 according to another embodiment may calculate the angle by attaching a stroke sensor to the tilt cylinder 309 . Tilt angle sensor 406 outputs tilt angle data, which is a measured value, to control device 200 .

回転角センサ４０７は、チルトローテータ１６３のチルト部１６３２に対する回転部１６３３の角度である回転角を計測する。回転角センサ４０７は、回転モータ３１０に設けられた回転センサであってよい。チルト角センサ４０６の計測値は、例えばバケット１６４の刃先方向と作業機１６０の動作平面とが直交するときにゼロを示す。回転角センサ４０７は、計測値である回転角データを制御装置２００へ出力する。 A rotation angle sensor 407 measures a rotation angle, which is the angle of the rotation portion 1633 with respect to the tilt portion 1632 of the tiltrotator 163 . The rotation angle sensor 407 may be a rotation sensor provided on the rotary motor 310 . The measured value of tilt angle sensor 406 indicates zero when, for example, the blade edge direction of bucket 164 and the plane of operation of work implement 160 are perpendicular to each other. Rotation angle sensor 407 outputs rotation angle data, which is a measured value, to control device 200 .

《制御装置２００の構成》
図４は、第１の実施形態に係る制御装置２００の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置２００は、プロセッサ２１０、メインメモリ２３０、ストレージ２５０、インタフェース２７０を備えるコンピュータである。制御装置２００は、制御システムの一例である。制御装置２００は、傾斜計測器４０１、位置方位計測器４０２、ブーム角センサ４０３、アーム角センサ４０４、バケット角センサ４０５、チルト角センサ４０６および回転角センサ４０７から計測値を受信する。 <<Configuration of Control Device 200>>
FIG. 4 is a schematic block diagram showing the configuration of the control device 200 according to the first embodiment.
The control device 200 is a computer that includes a processor 210 , main memory 230 , storage 250 and interface 270 . Control device 200 is an example of a control system. Control device 200 receives measurements from tilt measuring instrument 401 , position and heading measuring instrument 402 , boom angle sensor 403 , arm angle sensor 404 , bucket angle sensor 405 , tilt angle sensor 406 and rotation angle sensor 407 .

ストレージ２５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ２５０の例としては、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ２５０は、制御装置２００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２７０または通信回線を介して制御装置２００に接続される外部メディアであってもよい。操作装置２７１およびモニタ装置２７２は、インタフェース２７０を介してプロセッサ２１０に接続される。 Storage 250 is a non-temporary, tangible storage medium. Examples of the storage 250 include magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, and the like. The storage 250 may be an internal medium directly connected to the bus of the control device 200, or an external medium connected to the control device 200 via the interface 270 or communication line. An operating device 271 and a monitor device 272 are connected to the processor 210 via an interface 270 .

ストレージ２５０は、作業機械１００を制御するための制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、制御装置２００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、制御プログラムは、ストレージ２５０に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、制御装置２００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。 Storage 250 stores a control program for controlling work machine 100 . The control program may be for realizing part of the functions that the control device 200 is caused to exhibit. For example, the control program may function in combination with another program already stored in the storage 250 or in combination with another program installed in another device. Note that in other embodiments, the control device 200 may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or instead of the above configuration. Examples of PLD include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array). In this case, part or all of the functions implemented by the processor may be implemented by the integrated circuit.

ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２及びバケット１６４の寸法及び重心位置を表すジオメトリデータが記録される。ジオメトリデータは、所定の座標系における物体の位置を表すデータである。またストレージ２５０には、グローバル座標系における施工現場の設計面の形状を表す三次元データである設計面データが記録される。グローバル座標系は、緯線方向に伸びるＸ_ｇ軸、経線方向に伸びるＹ_ｇ軸、鉛直方向に伸びるＺ_ｇ軸から構成される座標系である。設計面データは、例えばＴＩＮ（Triangular Irregular Networks）データによって表される。 The storage 250 records geometry data representing the dimensions and center-of-gravity positions of the revolving structure 140 , the boom 161 , the arm 162 and the bucket 164 . Geometry data is data representing the position of an object in a predetermined coordinate system. The storage 250 also records design plane data, which is three-dimensional data representing the shape of the design plane of the construction site in the global coordinate system. The global coordinate system is a coordinate system composed of the Xg _- axis extending in the latitude direction, the Yg _- axis extending in the longitude direction, and the Zg _- axis extending in the vertical direction. The design plane data is represented by TIN (Triangular Irregular Networks) data, for example.

《ソフトウェア構成》
プロセッサ２１０は、制御プログラムを実行することで、操作信号取得部２１１、入力部２１２、表示制御部２１３、計測値取得部２１４、位置姿勢算出部２１５、制御信号出力部２１８、目標姿勢決定部２１９および回転量算出部２２０を備える。 《Software configuration》
The processor 210 executes the control program to obtain the operation signal acquisition unit 211 , the input unit 212 , the display control unit 213 , the measurement value acquisition unit 214 , the position/orientation calculation unit 215 , the control signal output unit 218 , and the target orientation determination unit 219 . and a rotation amount calculator 220 .

操作信号取得部２１１は、操作装置２７１から各アクチュエータの操作量を示す操作信号を取得する。
入力部２１２は、モニタ装置２７２からオペレータによる操作入力を受け付ける。
表示制御部２１３は、モニタ装置２７２に表示させる画面データをモニタ装置２７２へ出力する。
計測値取得部２１４は、傾斜計測器４０１、位置方位計測器４０２、ブーム角センサ４０３、アーム角センサ４０４、バケット角センサ４０５、チルト角センサ４０６および回転角センサ４０７から計測値を取得する。 The operation signal acquisition unit 211 acquires an operation signal indicating the operation amount of each actuator from the operation device 271 .
The input unit 212 receives operation inputs from the operator through the monitor device 272 .
The display control unit 213 outputs screen data to be displayed on the monitor device 272 to the monitor device 272 .
The measured value acquisition unit 214 acquires measured values from the tilt measuring device 401 , the position and heading measuring device 402 , the boom angle sensor 403 , the arm angle sensor 404 , the bucket angle sensor 405 , the tilt angle sensor 406 and the rotation angle sensor 407 .

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得した各種計測値とストレージ２５０に記録されたジオメトリデータとに基づいて、グローバル座標系および車体座標系における作業機械１００の位置を算出する。例えば位置姿勢算出部２１５は、グローバル座標系および車体座標系におけるバケット１６４の刃先の位置を算出する。車体座標系とは、旋回体１４０の代表点（例えば、旋回中心を通る点）を原点とする直交座標系である。位置姿勢算出部２１５の計算については後述する。 Position/orientation calculation unit 215 calculates the position of work machine 100 in the global coordinate system and the vehicle body coordinate system based on the various measurement values acquired by measurement value acquisition unit 214 and the geometry data recorded in storage 250 . For example, the position/posture calculation unit 215 calculates the position of the cutting edge of the bucket 164 in the global coordinate system and the vehicle body coordinate system. The vehicle body coordinate system is an orthogonal coordinate system whose origin is a representative point of the revolving body 140 (for example, a point passing through the center of revolving). Calculations by the position/orientation calculation unit 215 will be described later.

制御信号出力部２１８は、操作信号取得部２１１が取得した操作量、または回転量算出部２２０によって算出された目標値に応じた各アクチュエータ（バケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０）の制御信号をコントロールバルブ３０３に出力する。 The control signal output unit 218 controls each actuator (the bucket cylinder 308, the tilt cylinder 309, and the rotary motor 310) according to the operation amount acquired by the operation signal acquisition unit 211 or the target value calculated by the rotation amount calculation unit 220. A signal is output to the control valve 303 .

目標姿勢決定部２１９および回転量算出部２２０の機能については、後述のダンプ操作アシスト制御の説明にて詳しく説明する。 The functions of the target attitude determination unit 219 and the rotation amount calculation unit 220 will be described in detail in the description of the dumping operation assist control described later.

《位置姿勢算出部２１５の計算》
ここで、位置姿勢算出部２１５による作業機械１００の外殻の点の位置の算出方法を説明する。位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得した各種計測値とストレージ２５０に記録されたジオメトリデータとに基づいて外殻の点の位置を算出する。ストレージ２５０には、旋回体１４０、ブーム１６１、アーム１６２、チルトローテータ１６３（取付部１６３１、チルト部１６３２および回転部１６３３）およびバケット１６４の寸法を表すジオメトリデータが記録される。 <<Calculation by Position and Orientation Calculation Unit 215>>
Here, a method of calculating the positions of points on the outer shell of work machine 100 by position/orientation calculation unit 215 will be described. The position/orientation calculation unit 215 calculates the positions of the points of the outer shell based on the various measurement values acquired by the measurement value acquisition unit 214 and the geometry data recorded in the storage 250 . Storage 250 records geometry data representing the dimensions of revolving structure 140, boom 161, arm 162, tiltrotator 163 (mounting portion 1631, tilting portion 1632 and rotating portion 1633), and bucket 164. FIG.

旋回体１４０のジオメトリデータは、ローカル座標系である車体座標系において、旋回体１４０がブーム１６１を支持する関節軸の中心位置（ｘ_ｂｍ、ｙ_ｂｍ、ｚ_ｂｍ）を示す。車体座標系は、旋回体１４０の旋回中心を基準として前後方向に伸びるＸ_ｓｂ軸、左右方向に伸びるＹ_ｓｂ軸、上下方向に伸びるＺ_ｓｂ軸から構成される座標系である。なお、旋回体１４０の上下方向は、必ずしも鉛直方向と一致しない。 The geometry data of the revolving superstructure 140 indicates the center positions (x _bm , y _bm , z _bm ) of the joint axes by which the revolving super structure 140 supports the boom 161 in the vehicle body coordinate system, which is the local coordinate system. The vehicle body coordinate system is a coordinate system composed of the X _sb axis extending in the front-rear direction, the Y _sb axis extending in the left-right direction, and the Z _sb axis extending in the up-down direction with reference to the turning center of the turning body 140 . Note that the vertical direction of the revolving body 140 does not necessarily match the vertical direction.

ブーム１６１のジオメトリデータは、ローカル座標系であるブーム座標系において、ブーム１６１がアーム１６２を支持する関節軸の位置（ｘ_ａｍ、ｙ_ａｍ、ｚ_ａｍ）を示す。ブーム座標系は、旋回体１４０とブーム１６１とを接続する関節軸の中心位置を基準として、長手方向に伸びるＸ_ｂｍ軸、関節軸が伸びる方向に伸びるＹ_ｂｍ軸、Ｘ_ｂｍ軸とＹ_ｂｍ軸に直交するＺ_ｂｍ軸から構成される座標系である。 The geometry data of the boom 161 indicates the joint axis positions (x _am , y _am , z _am ) at which the boom 161 supports the arm 162 in the boom coordinate system, which is the local coordinate system. The boom coordinate system has an Xbm axis extending in the longitudinal direction, a _Ybm axis extending in the direction in which the joint axis extends, and an _Xbm axis and _{a Ybm} axis, with reference to the central position of the joint axis connecting the revolving body 140 and the boom 161. is a coordinate system composed of the _Zbm axis orthogonal to .

アーム１６２のジオメトリデータは、ローカル座標系であるアーム座標系において、アーム１６２がチルトローテータ１６３の取付部１６３１を支持する関節軸の位置（ｘ_ｔ１、ｙ_ｔ１、ｚ_ｔ１）を示す。アーム座標系は、ブーム１６１とアーム１６２とを接続する関節軸の中心位置を基準として、長手方向に伸びるＸ_ａｍ軸、関節軸が伸びる方向に伸びるＹ_ａｍ軸、Ｘ_ａｍ軸とＹ_ａｍ軸に直交するＺ_ａｍ軸から構成される座標系である。 The geometry data of the arm 162 indicates the positions (x _t1 , y _t1 , z _t1 ) of the joint axes at which the arm 162 supports the mounting portion 1631 of the tiltrotator 163 in the arm coordinate system, which is the local coordinate system. The arm coordinate system is based on the center position of the joint axis connecting the boom 161 and the arm 162, the X _am axis extending in the longitudinal direction, the Y _am axis extending in the direction in which the joint axis extends, and the X _am axis and the _Yam axis. It is a coordinate system composed of orthogonal Z _am axes.

チルトローテータ１６３の取付部１６３１のジオメトリデータは、ローカル座標系である第１チルトローテート座標系において、取付部１６３１がチルト部１６３２を支持する関節軸の位置（ｘ_ｔ２、ｙ_ｔ２、ｚ_ｔ２）と関節軸の傾き（φ_ｔ）を示す。関節軸の傾きφ_ｔは、チルトローテータ１６３の設計誤差に係る角度であり、チルトローテータ１６３のキャリブレーション等によって求められる。第１チルトローテート座標系は、アーム１６２と取付部１６３１とを接続する関節軸の中心位置を基準として、アーム１６２と取付部１６３１とを接続する関節軸が伸びる方向に伸びるＹ_ｔ１軸、取付部１６３１とチルト部１６３２とを接続する関節軸が伸びる方向に伸びるＺ_ｔ１軸、およびＹ_ｔ１軸とＺ_ｔ１軸に直交するＸ_ｔ１軸から構成される座標系である。 The geometry data of the mounting portion 1631 of the tiltrotator 163 is the position (x _t2 , y _t2 , z _t2 ) of the joint axis by which the mounting portion 1631 supports the tilt portion 1632 in the first tilt-rotate coordinate system, which is the local coordinate system. The tilt of the joint axis (φ _t ) is shown. The inclination φ _t of the joint axis is an angle related to the design error of the tiltrotator 163 and is obtained by calibration of the tiltrotator 163 or the like. The first tilt-rotate coordinate system is based on the central position of the joint axis connecting the arm 162 and the mounting portion 1631, the _Yt1 axis extending in the direction in which the joint axis connecting the arm 162 and the mounting portion 1631 extends, and the mounting portion It is a coordinate system composed of the _Zt1 axis extending in the direction in which the joint axis connecting 1631 and the tilt part 1632 extends, and the _Xt1 axis perpendicular to the _Yt1 axis and the _Zt1 axis.

チルトローテータ１６３のチルト部１６３２のジオメトリデータは、ローカル座標系である第２チルトローテート座標系における回転モータ３１０の回転軸の先端位置（ｘ_ｔ３、ｙ_ｔ３、ｚ_ｔ３）と回転軸の傾き（φ_ｒ）を示す。回転軸の傾きφ_ｒは、チルトローテータ１６３の設計誤差に係る角度であり、チルトローテータ１６３のキャリブレーション等によって求められる。第２チルトローテート座標系は、取付部１６３１とチルト部１６３２とを接続する関節軸の中心位置を基準として、取付部１６３１とチルト部１６３２とを接続する関節軸が伸びる方向に伸びるＸ_ｔ２軸、回転モータ３１０の回転軸が伸びる方向に伸びるＺ_ｔ２軸、およびＸ_ｔ２軸とＺ_ｔ２軸に直交するＹ_ｔ２軸から構成される座標系である。 The geometry data of the tilt portion 1632 of the tiltrotator 163 is the tip position (x _t3 , y _t3 , z _t3 ) of the rotary shaft of the rotary motor 310 and the inclination (φ _r ). The inclination _φr of the rotation axis is an angle related to the design error of the tiltrotator 163 and is obtained by calibration of the tiltrotator 163 or the like. The second tilt-rotate coordinate system is based on the central position of the joint axis connecting the mounting portion 1631 and the tilting portion 1632, and the _Xt2 axis extending in the direction in which the joint shaft connecting the mounting portion 1631 and the tilting portion 1632 extends. It is a coordinate system composed of the _Zt2- axis extending in the direction in which the rotation axis of the rotary motor 310 extends, and the _Yt2- axis orthogonal to the _Xt2- axis and the _Zt2- axis.

チルトローテータ１６３の回転部１６３３のジオメトリデータは、ローカル座標系である第３チルトローテート座標系におけるバケット１６４の取り付け面の中心位置（ｘ_ｔ４、ｙ_ｔ４、ｚ_ｔ４）を示す。第３チルトローテート座標系は、バケット１６４の取り付け面の中心位置を基準として、回転モータ３１０の回転軸が伸びる方向に伸びるＺ_ｔ３軸、回転軸に直交するＸ_ｔ３軸およびＹ_ｔ３軸から構成される座標系である。なお、バケット１６４は、刃先がＹ_ｔ３軸と平行になるように回転部１６３３に取り付けられる。 The geometry data of the rotating portion 1633 of the tiltrotator 163 indicates the center position (x _t4 , y _t4 , z _t4 ) of the attachment surface of the bucket 164 in the third tilt-rotate coordinate system, which is the local coordinate system. The third tilt-rotate coordinate system is composed of the Z _t3- axis extending in the direction in which the rotation axis of the rotary motor 310 extends, and the X _t3- axis and the Yt3 _- axis orthogonal to the rotation axis, with the center position of the mounting surface of the bucket 164 as a reference. It is a coordinate system that The bucket 164 is attached to the rotating portion 1633 so that the cutting edge is parallel to the _Yt3 axis.

バケット１６４のジオメトリデータは、第３チルトローテート座標系におけるバケット１６４の複数の輪郭点の位置（ｘ_ｂｋ、ｙ_ｂｋ、ｚ_ｂｋ）を示す。輪郭点の例としては、バケット１６４の刃先の両端および中央の位置、バケット１６４の底部の両端および中央の位置、ならびにバケット１６４の尻部の両端および中央の位置が挙げられる。 The geometry data of bucket 164 indicates the locations (x _bk , y _bk , z _bk ) of contour points of bucket 164 in the third tilt-rotate coordinate system. Examples of contour points include the ends and center of the cutting edge of the bucket 164 , the ends and center of the bottom of the bucket 164 , and the ends and center of the butt of the bucket 164 .

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得したブーム角θ_ｂｍの計測値と、旋回体１４０のジオメトリデータとに基づいて、下記式（１）により、ブーム座標系から車体座標系へ変換するためのブーム－車体変換行列Ｔ^ｂｍ _ｓｂを生成する。ブーム－車体変換行列Ｔ^ｂｍ _ｓｂは、Ｙ_ｂｍ軸回りにブーム角θ_ｂｍだけ回転させ、かつ車体座標系の原点とブーム座標系の原点の偏差（ｘ_ｂｍ、ｙ_ｂｍ、ｚ_ｂｍ）だけ平行移動させる行列である。 Based on the measured value of the boom angle θ _bm acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometry data of the revolving structure 140, the position/orientation calculation unit 215 converts the boom coordinate system to the vehicle body coordinate system using the following equation (1). Generate a boom-to-body transformation matrix T ^bm _sb for transformation. The boom-body transformation matrix T ^bm _sb is rotated about the Y _bm axis by the boom angle θ _bm and translated by the deviation (x _bm , y _bm , z _bm ) between the origin of the body coordinate system and the origin of the boom coordinate system. is a matrix that

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得したアーム角θ_ａｍの計測値と、ブーム１６１のジオメトリデータとに基づいて、下記式（２）により、アーム座標系からブーム座標系へ変換するためのアーム－ブーム変換行列Ｔ^ａｍ _ｂｍを生成する。アーム－ブーム変換行列Ｔ^ａｍ _ｂｍは、Ｙ_ａｍ軸回りにアーム角θ_ａｍだけ回転させ、かつブーム座標系の原点とアーム座標系の原点の偏差（ｘ_ａｍ、ｙ_ａｍ、ｚ_ａｍ）だけ平行移動させる行列である。また、位置姿勢算出部２１５は、ブーム－車体変換行列Ｔ^ｂｍ _ｓｂとアーム－ブーム変換行列Ｔ^ａｍ _ｂｍの積を求めることで、アーム座標系から車体座標系へ変換するためのアーム－車体変換行列Ｔ^ａｍ _ｓｂを生成する。 The position/orientation calculation unit 215 converts the arm coordinate system into the boom coordinate system using the following equation (2) based on the measurement value of the arm angle _θ am acquired by the measurement value acquisition unit 214 and the geometry data of the boom 161. Generate an arm-to-boom transformation matrix T ^am _bm for The arm-boom transformation matrix T ^am _bm is rotated about the Y _am axis by the arm angle θ _am and translated by the deviation (x _am , y _am , z _am ) between the origin of the boom coordinate system and the origin of the arm coordinate system. is a matrix that Further, the position/orientation calculation unit 215 obtains the product of the boom-body transformation matrix T ^bm _sb and the arm-boom transformation matrix T ^am _bm to obtain an arm-body transformation matrix for transforming from the arm coordinate system to the vehicle body coordinate system. Generate T ^am _sb .

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得したバケット角θ_ｂｋの計測値と、アーム１６２のジオメトリデータとに基づいて、下記式（３）により、第１チルトローテート座標系からアーム座標系へ変換するための第１チルト－アーム変換行列Ｔ^ｔ１ _ａｍを生成する。第１チルト－アーム変換行列Ｔ^ｔ１ _ａｍは、Ｙ_ｔ１軸回りにバケット角θ_ｂｋだけ回転させ、かつアーム座標系の原点と第１チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘ_ｔ１、ｙ_ｔ１、ｚ_ｔ１）だけ平行移動させ、さらにチルト部１６３２の関節軸の傾きφ_ｔだけ傾ける行列である。また、位置姿勢算出部２１５は、アーム－車体変換行列Ｔ^ａｍ _ｓｂと第１チルト－アーム変換行列Ｔ^ｔ１ _ａｍの積を求めることで、第１チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第１チルト－車体変換行列Ｔ^ｔ１ _ｓｂを生成する。 Based on the measurement value of the bucket angle _θbk acquired by the measurement value acquisition unit 214 and the geometry data of the arm 162, the position/orientation calculation unit 215 calculates arm coordinates from the first tilt-rotate coordinate system using the following equation (3). Generate a first tilt-to-arm transformation matrix T ^t1 _am for transforming to the system. The first tilt-arm transformation matrix T ^t1 _am is rotated by the bucket angle θ _bk about the Y _t1 axis, and the deviation between the origin of the arm coordinate system and the origin of the first tilt-rotate coordinate system (x _t1 , y _t1 , z _t1 ), and further tilts the joint axis of the tilt unit 1632 by the tilt φ _t . In addition, the position/orientation calculation unit 215 obtains the product of the arm-body transformation matrix T ^am _sb and the first tilt-arm transformation matrix T ^t1 _am to obtain a value for transforming from the first tilt-rotate coordinate system to the vehicle body coordinate system. Generate a first tilt-to-body transformation matrix T ^t1 _sb .

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得したチルト角θ_ｔの計測値と、チルトローテータ１６３のジオメトリデータとに基づいて、下記式（４）により、第１チルトローテート座標系から第２チルトローテート座標系へ変換するための第２チルト－第１チルト変換行列Ｔ^ｔ２ _ｔ１を生成する。第２チルト－第１チルト変換行列Ｔ^ｔ２ _ｔ１は、Ｘ_ｔ２軸回りにチルト角θ_ｔだけ回転させ、かつ第１チルトローテート座標系の原点と第２チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘ_ｔ２、ｙ_ｔ２、ｚ_ｔ２）だけ平行移動させ、さらに回転部１６３３の回転軸の傾きφ_ｒだけ傾ける行列である。また、位置姿勢算出部２１５は、第１チルト－車体変換行列Ｔ^ｔ１ _ｓｂと第２チルト－第１チルト変換行列Ｔ^ｔ２ _ｔ１の積を求めることで、第２チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第２チルト－車体変換行列Ｔ^ｔ２ _ｓｂを生成する。 Based on the measured value of the tilt angle θ _t acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometry data of the tiltrotator 163, the position/orientation calculation unit 215 calculates the first tilt-rotate coordinate system from the first tilt-rotate coordinate system using the following equation (4). A second tilt-first tilt transformation matrix T ^t2 _t1 for transformation to the two-tilt-rotate coordinate system is generated. The second tilt-first tilt transformation matrix T ^t2 _t1 is rotated by the tilt angle θ _t around the X _t2 axis, and the deviation between the origin of the first tilt rotated coordinate system and the origin of the second tilt rotated coordinate system (x _t2 , y _t2 , z _t2 ) and further tilted by the tilt φ _r of the rotation axis of the rotating unit 1633 . Further, the position/orientation calculation unit 215 obtains the product of the first tilt-to-vehicle transformation matrix T ^t1 _sb and the second tilt-to-first tilt transformation matrix T ^t2 _t1 , thereby shifting from the second tilt-rotate coordinate system to the vehicle body coordinate system. Generate a second tilt-to-body transformation matrix T ^t2 _sb for transformation.

位置姿勢算出部２１５は、計測値取得部２１４が取得したローテート角θ_ｒの計測値と、チルトローテータ１６３のジオメトリデータとに基づいて、下記式（５）により、第２チルトローテート座標系から第３チルトローテート座標系へ変換するための第３チルト－第２チルト変換行列Ｔ^ｔ３ _ｔ２を生成する。第３チルト－第２チルト変換行列Ｔ^ｔ３ _ｔ２は、Ｚ_ｔ３軸回りに回転角θ_ｒだけ回転させ、かつ第２チルトローテート座標系の原点と第３チルトローテート座標系の原点の偏差（ｘ_ｔ３、ｙ_ｔ３、ｚ_ｔ３）だけ平行移動させる行列である。また、位置姿勢算出部２１５は、第２チルト－車体変換行列Ｔ^ｔ２ _ｓｂと第３チルト－第２チルト変換行列Ｔ^ｔ３ _ｔ２の積を求めることで、第３チルトローテート座標系から車体座標系へ変換するための第３チルト－車体変換行列Ｔ^ｔ３ _ｓｂを生成する。 Based on the measured value of the rotation angle _θr acquired by the measured value acquisition unit 214 and the geometry data of the tiltrotator 163, the position/orientation calculation unit 215 calculates the second tilt-rotate coordinate system from the second tilt-rotate coordinate system using the following equation (5). A third tilt-second tilt transformation matrix T ^t3 _t2 for transformation to the three-tilt-rotate coordinate system is generated. The third tilt-second tilt transformation matrix T ^t3 _t2 is rotated by the rotation angle θ _r about the Z _t3 axis, and the deviation (x _t3 , y _t3 , z _t3 ). Further, the position/orientation calculation unit 215 obtains the product of the second tilt-to-vehicle transformation matrix T ^t2 _sb and the third tilt-to-second tilt transformation matrix T ^t3 _t2 , thereby shifting from the third tilt-rotate coordinate system to the vehicle body coordinate system. Generate a third tilt-to-body transformation matrix T ^t3 _sb for transformation.

位置姿勢算出部２１５は、バケット１６４の取り付け面の中心位置（ｘ_ｔ４、ｙ_ｔ４、ｚ_ｔ４）とバケット１６４のジオメトリデータが示す第３チルトローテート座標系における複数の輪郭点の位置（ｘ_ｂｋ、ｙ_ｂｋ、ｚ_ｂｋ）との和と、第３チルト－車体変換行列Ｔ^ｂｋ _ｓｂとの積を求めることで、車体座標系におけるバケット１６４の複数の輪郭点の位置を求めることができる。 The position/orientation calculation unit 215 calculates the center position (x _t4 , y _t4 , z _t4 ) of the mounting surface of the bucket 164 and the positions (x _bk , y _bk , z _bk ) and the third tilt-to-body transformation matrix T ^bk _sb , the positions of contour points of the bucket 164 in the body coordinate system can be determined.

ところで、作業機械１００の接地面に対するバケット１６４の刃先の角度、すなわち車体座標系のＸ_ｓｂ－Ｙ_ｓｂ平面と第３チルトローテート座標系のＹ_ｔ３軸とがなす角は、ブーム角θ_ｂｍ、アーム角θ_ａｍ、バケット角θ_ｂｋ、チルト角θ_ｔおよびローテート角θ_ｒによって定まる。そこで、位置姿勢算出部２１５は、図１に示すように、バケット１６４の基端部、すなわちチルトローテータ１６３におけるバケット１６４の取り付け面の中心位置を起点とするバケット座標系を特定する。バケット座標系は、バケット１６４の刃先が向く方向に伸びるＸ_ｂｋ軸、Ｘ_ｂｋ軸に直交しかつバケット１６４の刃先に沿って伸びるＹ_ｂｋ軸、ならびにＸ_ｂｋ軸およびＹ_ｂｋ軸に直交するＺ_ｂｋ軸から構成される直交座標系である。以下、Ｘ_ｂｋ軸をバケットチルト軸、Ｙ_ｂｋ軸をバケットピッチ軸、Ｚ_ｂｋ軸をバケット回転軸ともいう。バケットチルト軸Ｘ_ｂｋ、バケットピッチ軸Ｙ_ｂｋおよびバケット回転軸Ｚ_ｂｋは仮想的な軸であり、チルトローテータ１６３の関節軸とは異なる。なお、回転モータ３１０の回転軸の傾きがゼロである場合、バケット座標系と第３チルトローテート座標系とは一致する。 By the way, the angle of the cutting edge of bucket 164 with respect to the ground plane of work machine 100, that is, the angle formed by the X _sb -Y _sb plane of the vehicle body coordinate system and the Y _t3 axis of the third tilt-rotate coordinate system is the boom angle θ _bm , the arm It is determined by the angle θ _am , bucket angle θ _bk , tilt angle θ _t and rotate angle θ _r . Therefore, as shown in FIG. 1 , the position/orientation calculation unit 215 identifies a bucket coordinate system whose starting point is the base end of the bucket 164 , that is, the central position of the mounting surface of the bucket 164 on the tiltrotator 163 . The bucket coordinate system includes an X _bk axis that extends in the direction in which the blade edge of bucket 164 faces, a Y _bk axis that is orthogonal to the X _bk axis and extends along the blade edge of bucket 164, and a Z _bk axis that is orthogonal to the X _bk axis and the Y _bk axis. It is a Cartesian coordinate system composed of axes. Hereinafter, the _Xbk axis is also referred to as the bucket tilt axis, the _Ybk axis as the bucket pitch axis, and the _Zbk axis as the bucket rotation axis. The bucket tilt axis X _bk , the bucket pitch axis Y _bk and the bucket rotation axis Z _bk are virtual axes and are different from the joint axes of the tiltrotator 163 . Note that when the tilt of the rotating shaft of the rotary motor 310 is zero, the bucket coordinate system and the third tilt-rotate coordinate system match.

位置姿勢算出部２１５は、チルトローテータ１６３のジオメトリデータに基づいて、下記式（６）により、第３チルトローテート座標系からバケット座標系へ変換するためのバケット－第３チルト変換行列Ｔ^ｂｋ _ｔ３を生成する。バケット－第３チルト変換行列Ｔ^ｂｋ _ｔ３は、Ｙ_ｔ３軸回りに回転軸の傾きφ_ｒだけ回転させる行列である。 Based on the geometry data of the tiltrotator 163, the position/orientation calculation unit 215 calculates a bucket-third tilt conversion matrix T ^bk _t3 for converting from the third tilt-rotate coordinate system to the bucket coordinate system using the following equation (6). Generate. The bucket-third tilt transformation matrix T ^bk _t3 is a matrix that rotates about the Y _t3 axis by the inclination φ _r of the rotation axis.

《ダンプ操作アシスト制御》
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るダンプ操作アシスト制御について詳しく説明する。ダンプ操作とは、掘削作業や排土作業（ダンプ作業）を行う際に用いられ、バケット１６４をバケット１６４の開口方向に沿って回動させる制御である。本実施形態においては、バケット１６４は、チルトローテータ１６３を介して作業機１６０に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持されるため、オペレータは複合的な操作が要求される。このため、ダンプ操作アシスト制御は、バケット１６４の開口方向を基準方向とし、基準方向に対応して定められた仮想回転軸回りにバケット１６４が回転するようにチルトローテータ１６３を制御する。本実施形態においては、バケットチルト軸Ｘ_ｂｋに直交しかつバケット１６４の刃先に沿って伸びるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋを仮想回転軸として決定し、バケット１６４が仮想回転軸回りに回転するように、少なくともバケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０のいずれかを制御する。ダンプ操作アシスト制御は、操作装置からの操作信号が示す操作量量に応じた量だけ、バケット１６４をバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りに回転させるように、３つの軸回りの回転量を算出し、チルトローテータ１６３を制御する。 <Dump operation assist control>
The dump operation assist control according to the present embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. The dump operation is used when performing excavation work or earth removal work (dump work), and is control for rotating the bucket 164 along the opening direction of the bucket 164 . In this embodiment, the bucket 164 is rotatably supported by the work machine 160 via the tilt rotator 163 about three axes that intersect with each other in different planes. be. Therefore, the dump operation assist control uses the opening direction of the bucket 164 as a reference direction, and controls the tiltrotator 163 so that the bucket 164 rotates around the virtual rotation axis determined corresponding to the reference direction. In this embodiment, the bucket pitch axis Y _bk that is orthogonal to the bucket tilt axis X _bk and extends along the cutting edge of the bucket 164 is determined as the virtual rotation axis, and at least Any one of the bucket cylinder 308 , tilt cylinder 309 and rotary motor 310 is controlled. The dumping operation assist control calculates the amount of rotation about the three axes so as to rotate the bucket 164 about the bucket pitch axis _Ybk by an amount corresponding to the amount of operation indicated by the operation signal from the operation device, and performs tilting. It controls the rotator 163 .

まず、図４における、操作信号取得部２１１、制御信号出力部２１８、目標姿勢決定部２１９および回転量算出部２２０について詳しく説明する。 First, the operation signal acquisition unit 211, the control signal output unit 218, the target posture determination unit 219, and the rotation amount calculation unit 220 in FIG. 4 will be described in detail.

操作信号取得部２１１は、上述の機能に加え、操作装置２７１における、ダンプ操作アシスト制御を使用するための専用の操作受付部（以下、ダンプアシスト操作受付部とも表記する。）への操作量を取得する。 In addition to the functions described above, the operation signal acquisition unit 211 acquires an operation amount to a dedicated operation reception unit for using the dump operation assist control (hereinafter also referred to as a dump assist operation reception unit) in the operation device 271. get.

目標姿勢決定部２１９は、操作信号取得部２１１が取得した操作量に応じた量だけ、バケット１６４を、その現在姿勢から、仮想回転軸回りに回転させた姿勢である目標姿勢を決定する。仮想回転軸とは、バケット１６４の開口方向に対応して定められた回転軸であって、より具体的には、バケット１６４が、その開口方向に沿って回動する軌道を描くように定められた仮想の回転軸である。本実施形態においては、上述のバケット座標系におけるバケットピッチ軸（Ｙ_ｂｋ軸、図１参照）を仮想回転軸として決定する。 The target attitude determination unit 219 determines a target attitude, which is an attitude obtained by rotating the bucket 164 about the virtual rotation axis from the current attitude by an amount corresponding to the amount of operation acquired by the operation signal acquisition unit 211 . The virtual rotation axis is a rotation axis that is determined corresponding to the opening direction of bucket 164. More specifically, bucket 164 is determined to draw a trajectory that rotates along the opening direction. It is a virtual axis of rotation. In this embodiment, the bucket pitch axis ( _Ybk axis, see FIG. 1) in the bucket coordinate system described above is determined as the virtual rotation axis.

回転量算出部２２０は、バケット１６４の現在姿勢を目標姿勢に合わせるために必要な、複数の回動機構ごとの回転量を算出する。ここで、本実施形態における複数の回動機構とは、バケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０である。図１～図２に示すように、バケットシリンダ３０８は、バケット１６４を、Ｙ_ｔ１軸回りに回動させる。チルトシリンダ３０９は、バケット１６４を、Ｘ_ｔ２軸回りに回動させる。また、回転モータ３１０は、バケット１６４を、Ｚ_ｔ３軸回りに回動させる。 The rotation amount calculator 220 calculates the amount of rotation required for each of the plurality of rotating mechanisms to match the current attitude of the bucket 164 with the target attitude. Here, the plural rotating mechanisms in this embodiment are the bucket cylinder 308 , the tilt cylinder 309 and the rotary motor 310 . As shown in FIGS. 1 and 2, the bucket cylinder 308 rotates the bucket 164 about the _Yt1 axis. The tilt cylinder 309 rotates the bucket 164 around the _Xt2 axis. Further, the rotary motor 310 rotates the bucket 164 around the _Zt3 axis.

次に、図５～図８を参照しながら、本実施形態の制御装置２００によるダンプ操作アシスト制御の処理の流れについて説明する。 Next, the flow of dump operation assist control processing by the control device 200 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8. FIG.

図５は、第１の実施形態におけるダンプ操作アシスト制御を示すフローチャートである。作業機械１００のオペレータが作業機械１００の操作を開始すると、制御装置２００は、以下に示す制御を所定の制御周期（例えば、１０００ミリ秒）ごとに実行する。 FIG. 5 is a flowchart showing dump operation assist control in the first embodiment. When an operator of work machine 100 starts operating work machine 100, control device 200 performs the following control at predetermined control intervals (for example, 1000 milliseconds).

まず、計測値取得部２１４は、傾斜計測器４０１、位置方位計測器４０２、ブーム角センサ４０３、アーム角センサ４０４、バケット角センサ４０５、チルト角センサ４０６および回転角センサ４０７の計測値を取得する（ステップＳ１０１）。 First, the measured value acquiring unit 214 acquires the measured values of the tilt measuring device 401, the position and heading measuring device 402, the boom angle sensor 403, the arm angle sensor 404, the bucket angle sensor 405, the tilt angle sensor 406, and the rotation angle sensor 407. (Step S101).

位置姿勢算出部２１５は、ステップＳ１０１で取得した計測値に基づいて車体座標系におけるバケットの姿勢を算出する（ステップＳ１０２）。車体座標系におけるバケットの姿勢は車体座標系におけるバケット座標系の各軸（Ｘ_ｂｋ、Ｙ_ｂｋ、Ｚ_ｂｋ）の方向を示す姿勢行列Ｒ_ｃｕｒによって表される。バケット１６４の姿勢を表す姿勢行列Ｒ_ｃｕｒの平行移動成分はすべてゼロとする。 The position/posture calculation unit 215 calculates the posture of the bucket in the vehicle body coordinate system based on the measurement values acquired in step S101 (step S102). The posture of the bucket in the vehicle body coordinate system is represented by a posture matrix R _cur that indicates the direction of each axis (X _bk , Y _bk , Z _bk ) of the bucket coordinate system in the vehicle body coordinate system. All translation components of the attitude matrix R _cur representing the attitude of the bucket 164 are set to zero.

操作信号取得部２１１は、オペレータによる、ダンプアシスト操作受付部への操作量を取得する（ステップＳ１０３）。 The operation signal acquisition unit 211 acquires the operation amount of the dump assist operation reception unit by the operator (step S103).

本実施形態において、操作装置２７１は、例えば、図６に示すような二つのレバー２７１０、２７１１を備えている。本実施形態に係る作業機械１００は、通常の作業機械と同様に、オペレータは、２つのレバー２７１０、２７１１を前後方向、左右方向に傾倒させることで、旋回体１４０の旋回操作や、ブーム角θ_ｂｍ、アーム角θ_ａｍおよびバケット角θ_ｂｋを個別に操作することができる。また、オペレータは、各レバー２７１０、２７１１の上面部に設けられた操作受付部（ボタン、スライドスイッチ、ダイヤル、プロポーショナルローラー式スイッチ等）を操作することで、チルトローテータ１６３を介してのチルト角θ_ｔおよび回転角θ_ｒを個別に制御することができる。 In this embodiment, the operating device 271 comprises, for example, two levers 2710, 2711 as shown in FIG. In the work machine 100 according to the present embodiment, the operator tilts the two levers 2710 and 2711 in the front-rear direction and the left-right direction to operate the revolving body 140 and adjust the boom angle θ as in a normal work machine. _bm , arm angle θ _am and bucket angle θ _bk can be manipulated independently. In addition, the operator operates the operation reception units (buttons, slide switches, dials, proportional roller switches, etc.) provided on the upper surfaces of the levers 2710 and 2711 to change the tilt angle θ through the tilt rotator 163 . _t and rotation angle _θr can be controlled independently.

さらに、本実施形態に係る操作装置２７１は、レバー２７１０に、ダンプアシスト操作受付部２７１０ａを有する。ダンプアシスト操作受付部２７１０ａは、例えば、中央位置に戻るようにバネで付勢されているプロポーショナルローラー式スイッチである。オペレータは、ダンプアシスト操作受付部２７１０ａの操作方向および操作量によって、バケット１６４の開口方向に沿った回動方向および回動速度（角速度）を調整することができる。 Further, the operating device 271 according to the present embodiment has a dump assist operation receiving portion 2710a on the lever 2710. As shown in FIG. The dump assist operation reception unit 2710a is, for example, a proportional roller switch biased by a spring so as to return to the center position. The operator can adjust the rotation direction and rotation speed (angular velocity) of the bucket 164 along the opening direction by the operation direction and operation amount of the dump assist operation reception unit 2710a.

図５に戻り、次に、目標姿勢決定部２１９は、バケットピッチ軸Ｙ_ｂｋを仮想回転軸として決定し、ステップＳ１０３で取得した操作量に応じた、バケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りの角速度の目標値θ_{ｂｋ＿ｐ＿ｔｇｔ}を特定する（ステップＳ１０４）。例えば、目標姿勢決定部２１９は、操作量が大きいほどバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りの角速度の目標値θ_{ｂｋ＿ｐ＿ｔｇｔ}の値が大きくなるように特定する。なお、バケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りの角速度の目標値θ_{ｂｋ＿ｐ＿ｔｇｔ}を特定することは、現時点から単位時間経過後にあるべきバケット１６４の目標姿勢を決定することと同義である。 Returning to FIG. 5, next, the target attitude determination unit 219 determines the bucket pitch axis _Ybk as the virtual rotation axis, and the target angular velocity around the bucket pitch axis _Ybk according to the operation amount acquired in step S103. θ _{bk_p_tgt} is specified (step S104). For example, the target attitude determination unit 219 specifies that the target value θ _{bk_p_tgt} of the angular velocity about the bucket pitch axis Y _bk increases as the operation amount increases. It should be noted that specifying the target value _{θbk_p_tgt} of the angular velocity about the bucket pitch axis _Ybk is synonymous with determining the target attitude of the bucket 164 that should be after the lapse of the unit time from the current time.

次に、回転量算出部２２０は、目標姿勢決定部２１９が特定した目標値θ_{ｂｋ＿ｐ＿ｔｇｔ}に基づいて、バケット１６４の現在姿勢を目標姿勢に合わせるために必要な複数の回動機構ごとの回転量の目標値を算出する（ステップＳ１０５）。
具体的には、回転量算出部２２０は、下記式（７）に角速度の目標値θ_{ｂｋ＿ｔ＿ｔｇｔ}を代入することで、バケット座標系におけるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りの回転を表す回転行列Ｒ^ｂｋ＿ｐ _ｂｋを作成する。 Next, based on the target value θ _{bk_p_tgt} specified by the target posture determination unit 219, the rotation amount calculation unit 220 calculates the rotation amounts for each of the plurality of rotating mechanisms required to match the current posture of the bucket 164 with the target posture. A target value is calculated (step S105).
Specifically, the rotation amount calculation unit 220 substitutes the angular velocity target value θ _{bk_t_tgt} into the following equation (7) to obtain a rotation matrix R ^bk_p _bk representing rotation about the bucket pitch axis Y _bk in the bucket coordinate system. create.

回転量算出部２２０は、現在のバケット１６４の姿勢を表す行列Ｒ_ｃｕｒに、式（７）の回転行列Ｒ^ｂｋ＿ｐ _ｂｋを乗算することで、単位時間後のバケット１６４の目標姿勢Ｒ_ｔｇｔを算出する。そして、回転量算出部２２０は、バケット１６４の現在の姿勢Ｒ_ｃｕｒと単位時間後のバケット１６４の目標姿勢Ｒ_ｔｇｔとに基づいて、下式（８）、（９）、（１０）によってバケット角θ_ｂｋ、チルト角θ_ｔおよび回転角θ_ｒのそれぞれの目標値（θ_{ｂｋ＿ｔｇｔ}，θ_{ｔ＿ｔｇｔ}，θ_{ｒ＿ｔｇｔ}）を求める。 The rotation amount calculation unit 220 calculates the target attitude R _tgt of the bucket 164 after a unit time by multiplying the matrix R _cur representing the current attitude of the bucket 164 by the rotation matrix R ^bk_p _bk of Equation (7). . Based on the current attitude R _cur of the bucket 164 and the target attitude R _tgt of the bucket 164 after the unit time, the rotation amount calculation unit 220 calculates the bucket angle using the following equations (8), (9), and (10). Target values (θ _{bk_tgt} , θ _{t_tgt} , θ _{r_tgt} ) of θ _bk , tilt angle θ _t , and rotation angle θ _r are obtained.

以上のようにして、行列変換により、一つの仮想回転軸回りの角速度の目標値（θ_{ｂｋ＿ｐ＿ｔｇｔ}）が、三つの機械軸回りの角速度の目標値（θ_{ｂｋ＿ｔｇｔ}，θ_{ｔ＿ｔｇｔ}，θ_{ｒ＿ｔｇｔ}）に変換される。 As described above, the target value of angular velocity (θ _{bk_p_tgt} ) about one virtual axis of rotation is converted into target values of angular velocity (θ _{bk_tgt} , θ _{t_tgt} , θ _{r_tgt} ) about three mechanical axes by matrix transformation. be.

次に、制御信号出力部２１８は、バケット角θ_ｂｋ、チルト角θ_ｔおよび回転角θ_ｒのそれぞれの目標値（θ_{ｂｋ＿ｔｇｔ}，θ_{ｔ＿ｔｇｔ}，θ_{ｒ＿ｔｇｔ}）に応じた各アクチュエータ（バケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０）の制御信号を生成し、当該各アクチュエータの制御信号をコントロールバルブ３０３に出力する（ステップＳ１０６）。 Next, the _control signal output unit ₂₁₈ outputs each _{actuator (} bucket cylinder ₃₀₈ , _tilt A control signal for the cylinder 309 and the rotary motor 310) is generated, and a control signal for each actuator is output to the control valve 303 (step S106).

《作用・効果》
次に、図７、図８を参照しながら、第１の実施形態におけるダンプ操作アシスト制御の作用効果について説明する。
図７、図８は、作業機械１００を同じ角度から見た様子を示している。
ここで、図７では、バケット１６４の開口方向が紙面正面を向いており、仮想回転軸であるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋは紙面に対し平行な姿勢となっている。この場合、オペレータがダンプアシスト操作受付部２７１０ａ（図６参照）を操作すると、バケット１６４が、紙面に対し平行にあるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りに回動する結果、紙面手前方向または紙面奥方向に回動することとなる。
同様に、図８では、バケット１６４の開口方向が紙面右側を向いており、仮想回転軸であるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋは紙面に対し垂直な姿勢となっている。それ以外の角度については図７と同一である。この場合、オペレータがダンプアシスト操作受付部２７１０ａ（図６参照）を操作すると、バケット１６４が、紙面に対し垂直にあるバケットピッチ軸Ｙ_ｂｋ回りに回動する結果、紙面左方向または紙面右方向に回動することとなる。 《Action and effect》
Next, effects of the dumping operation assist control in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
7 and 8 show working machine 100 viewed from the same angle.
Here, in FIG. 7, the opening direction of the bucket 164 faces the front of the paper, and the bucket pitch axis _Ybk , which is the virtual rotation axis, is parallel to the paper. In this case, when the operator operates the dump assist operation reception unit 2710a (see FIG. 6), the bucket 164 rotates about the bucket pitch axis _Ybk parallel to the plane of the paper. It will rotate.
Similarly, in FIG. 8, the opening direction of the bucket 164 faces the right side of the paper surface, and the bucket pitch axis _Ybk , which is the virtual rotation axis, is perpendicular to the paper surface. Other angles are the same as in FIG. In this case, when the operator operates the dump assist operation reception unit 2710a (see FIG. 6), the bucket 164 rotates around the bucket pitch axis _Ybk which is perpendicular to the plane of the paper. It will rotate.

以上のように、本実施形態に係る作業機械１００の制御装置２００によれば、バケット１６４の開口方向が車体本体（旋回体１４０）に対し如何なる方位を向いていようとも、オペレータは、所定の操作受付部２７１０ａに対する操作を行うだけで、バケット１６４をその開口方向に沿って回動させることができる。つまり、オペレータは、従来、バケット１６４をその開口方向に操作するために各機械軸（θ_ｂｋ，θ_ｔ，θ_ｒ）に対する複雑な三軸操作が要求されていたところ、本実施形態に係る作業機械１００においては、所定の操作受付部２７１０ａに対する一軸操作で行うことができる。これにより、ダンプ（排土）、掘削の操作を簡便に実施することができる。 As described above, according to the control device 200 of the work machine 100 according to the present embodiment, the operator can perform a predetermined operation regardless of the orientation of the opening direction of the bucket 164 with respect to the vehicle body (revolving body 140). Bucket 164 can be rotated along its opening direction simply by operating reception portion 2710a. That is, conventionally, the operator is required to perform complicated three-axis operations on each mechanical axis (θ _bk , θ _t , θ _r ) in order to operate the bucket 164 in the opening direction. In the machine 100, it can be performed by a uniaxial operation with respect to a predetermined operation receiving portion 2710a. As a result, dumping (soil removal) and excavation operations can be carried out easily.

以上、第１の実施形態に係る制御装置２００によれば、複数の回動機構（バケットシリンダ３０８、チルトシリンダ３０９および回転モータ３１０）及びバケット１６４が連結されてなる作業機１６０を備える作業機械１００において、バケット１６４をその基準方向（開口方向）に沿って回動させる操作を簡素化できる。 As described above, according to the control device 200 according to the first embodiment, the work machine 100 including the work machine 160 in which the plurality of rotating mechanisms (the bucket cylinder 308, the tilt cylinder 309, and the rotary motor 310) and the bucket 164 are connected , the operation of rotating the bucket 164 along its reference direction (opening direction) can be simplified.

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置２００は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置２００の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置２００として機能するものであってもよい。このとき、制御装置２００を構成する一部のコンピュータが作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部に設けられてもよい。例えば、他の実施形態においては操作装置２７１およびモニタ装置２７２が作業機械１００から遠隔に設けられ、制御装置２００のうち計測値取得部２１４および制御信号出力部２１８以外の構成が遠隔のサーバに設けられてもよい。 <Other embodiments>
Although one embodiment has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the one described above, and various design changes and the like can be made. That is, in other embodiments, the order of the processes described above may be changed as appropriate. Also, some processes may be executed in parallel.
The control device 200 according to the above-described embodiment may be configured by a single computer, or the configuration of the control device 200 may be divided into a plurality of computers, and the plurality of computers may cooperate with each other. may function as the control device 200. At this time, some of the computers constituting control device 200 may be mounted inside the work machine, and other computers may be provided outside the work machine. For example, in another embodiment, the operation device 271 and the monitor device 272 are provided remotely from the work machine 100, and the configuration other than the measurement value acquisition unit 214 and the control signal output unit 218 of the control device 200 is provided in a remote server. may be

また上述した実施形態に係る作業機械１００は油圧ショベルであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械１００は地上に固設された自走しない作業機械であってもよい。また他の実施形態に係る作業機械１００は旋回体を有しない作業機械であってもよい。 Moreover, although the work machine 100 according to the above-described embodiment is a hydraulic excavator, it is not limited to this. For example, the work machine 100 according to another embodiment may be a work machine fixed on the ground and not self-propelled. Moreover, the working machine 100 according to another embodiment may be a working machine that does not have a revolving body.

上述した実施形態に係る作業機械１００は、作業機１６０のアタッチメントとしてバケット１６４を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械１００は、アタッチメントとしてブレーカ、フォーク、グラップルなどを備えてもよい。この場合も、制御装置２００はバケット座標系と同様にアタッチメントの刃先が向く方向に伸びるＸ_ｂｋ軸と、刃先に沿う方向に伸びるＹ_ｂｋ軸と、Ｘ_ｂｋ軸およびＹ_ｂｋ軸に直交するＺ_ｂｋ軸とからなるローカル座標系によってチルトローテータ１６３を制御する。 Work machine 100 according to the above-described embodiment includes bucket 164 as an attachment for work machine 160, but is not limited to this. For example, work machine 100 according to another embodiment may include a breaker, a fork, a grapple, etc. as attachments. In this case as well, the control device 200 has the X _bk axis extending in the direction in which the blade edge of the attachment faces, _the Y _bk axis extending in the direction along the blade edge, and the Z bk axis orthogonal to the X _bk axis and the Y _bk axis. The tilt rotator 163 is controlled by a local coordinate system consisting of .

また他の実施形態において、チルトローテータ１６３の各軸は互いに異なる平面で交差するものであれば、直交していなくてもよい。具体的には、アーム１６２と取付部１６３１とを接続する関節軸に係る軸ＡＸ１、取付部１６３１とチルト部１６３２とを接続する関節軸に係る軸ＡＸ２、および回転モータ３１０の回転軸ＡＸ３について、チルトローテータ１６３のチルト角および回転角がゼロであるときに、軸ＡＸ１および軸ＡＸ２に平行な面と、軸ＡＸ２および軸ＡＸ３に平行な面と、軸ＡＸ３および軸ＡＸ１に平行な面とが、それぞれ異なるものであればよい。 In another embodiment, the axes of the tiltrotator 163 need not be orthogonal as long as they intersect in different planes. Specifically, regarding the axis AX1 related to the joint shaft connecting the arm 162 and the mounting portion 1631, the axis AX2 related to the joint shaft connecting the mounting portion 1631 and the tilt portion 1632, and the rotation axis AX3 of the rotary motor 310, When the tilt angle and the rotation angle of the tiltrotator 163 are zero, a plane parallel to the axes AX1 and AX2, a plane parallel to the axes AX2 and AX3, and a plane parallel to the axes AX3 and AX1 are: Each may be different.

また、他の実施形態に係る制御装置２００は、設計面の設定機能を有しないものであってもよい。この場合にも、制御装置２００はバケット姿勢保持制御を行うことでチルトローテータ１６３を自動制御することができる。例えば、オペレータは、設計面を設定することなく簡易的な整地作業を実施することができる。 Also, the control device 200 according to another embodiment may not have a design setting function. In this case as well, the control device 200 can automatically control the tiltrotator 163 by performing bucket attitude retention control. For example, the operator can carry out simple leveling work without setting a design surface.

１００…作業機械 １２０…走行体 １４０…旋回体 １６０…作業機 １６１…ブーム １６２…アーム １６３…チルトローテータ １６３１…取付部 １６３２…チルト部 １６３３…回転部 １６４…バケット １８０…運転室 ２００…制御装置 ２１０…プロセッサ ２１１…操作信号取得部 ２１２…入力部 ２１３…表示制御部 ２１４…計測値取得部 ２１５…位置姿勢算出部 ２１８…制御信号出力部 ２１９…目標姿勢決定部 ２２０…回転量算出部 ２３０…メインメモリ ２５０…ストレージ ２７０…インタフェース ２７１…操作装置 ２７２…モニタ装置 ３０１…エンジン ３０２…油圧ポンプ ３０３…コントロールバルブ ３０４…走行モータ ３０５…旋回モータ ３０６…ブームシリンダ ３０７…アームシリンダ ３０８…バケットシリンダ ３０９…チルトシリンダ ３１０…回転モータ ４０１…傾斜計測器 ４０２…位置方位計測器 ４０３…ブーム角センサ ４０４…アーム角センサ ４０５…バケット角センサ ４０６…チルト角センサ ４０７…回転角センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Working machine 120... Traveling body 140... Revolving body 160... Working machine 161... Boom 162... Arm 163... Tilt rotator 1631... Mounting part 1632... Tilt part 1633... Rotating part 164... Bucket 180... Driver's cab 200... Control device 210 Processor 211 Operation signal acquisition unit 212 Input unit 213 Display control unit 214 Measured value acquisition unit 215 Position/orientation calculation unit 218 Control signal output unit 219 Target orientation determination unit 220 Rotation amount calculation unit 230 Main Memory 250 Storage 270 Interface 271 Operating device 272 Monitoring device 301 Engine 302 Hydraulic pump 303 Control valve 304 Traveling motor 305 Swing motor 306 Boom cylinder 307 Arm cylinder 308 Bucket cylinder 309 Tilt cylinder 310... Rotary motor 401... Inclination measuring instrument 402... Position and bearing measuring instrument 403... Boom angle sensor 404... Arm angle sensor 405... Bucket angle sensor 406... Tilt angle sensor 407... Rotation angle sensor

Claims (6)

作業機の先端に取り付けられたチルトローテータと、前記チルトローテータを介して前記作業機に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持された作業器具とを備える作業機械を制御するためのシステムであって、
プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
複数のセンサから計測値を取得し、
前記計測値に基づいて、前記作業器具の現在の姿勢を算出し、
算出した前記作業器具の前記現在の姿勢に基づいて、仮想回転軸を決定し、
操作装置からの操作信号に基づいて、前記作業器具を前記仮想回転軸回りに回転させるための前記チルトローテータの制御信号を生成し、
生成した前記制御信号を出力する
システム。 Control a working machine comprising a tiltrotator attached to the tip of the working machine and a working implement rotatably supported around three axes that intersect with the working machine on different planes via the tiltrotator. A system for
with a processor
The processor
Get measurements from multiple sensors,
calculating a current posture of the work implement based on the measured values;
determining a virtual axis of rotation based on the calculated current posture of the work implement;
generating a control signal for the tiltrotator for rotating the work implement about the virtual rotation axis based on an operation signal from an operation device;
A system that outputs the generated control signal. 前記プロセッサは、
前記作業器具が前記操作信号の示す操作量に応じた量だけ、前記作業器具を前記仮想回転軸回りに回転させるように、前記３つの軸回りの回転量を算出し、
前記３つの軸回りの前記回転量に基づいて、前記チルトローテータの制御信号を生成する
請求項１に記載のシステム。 The processor
calculating the amount of rotation about the three axes so that the work tool rotates about the virtual rotation axis by an amount corresponding to the amount of operation indicated by the operation signal;
2. The system of claim 1, wherein control signals for the tiltrotator are generated based on the amount of rotation about the three axes. 前記作業器具は刃先を有し、
前記仮想回転軸は、前記作業器具の前記刃先が向く方向に直交し、かつ、前記作業器具の前記刃先に沿って伸びる軸である、
請求項１または２に記載のシステム。 The working instrument has a cutting edge,
The virtual rotation axis is an axis orthogonal to the direction in which the cutting edge of the working instrument faces and extending along the cutting edge of the working instrument,
3. A system according to claim 1 or 2. 前記仮想回転軸は、前記チルトローテータの関節軸とは異なる、
請求項１から請求項３に記載のいずれか一項に記載のシステム。 The virtual rotation axis is different from the joint axis of the tiltrotator,
4. A system according to any one of claims 1-3. 作業機の先端に取り付けられたチルトローテータと、前記チルトローテータを介して前記作業機に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持された作業器具とを備える作業機械を制御するための方法であって、
複数のセンサから計測値を取得するステップと、
前記計測値に基づいて、前記作業機の現在の姿勢を決定するステップと、
決定した前記現在の姿勢に基づいて、当該作業器具の基準方向に対応して定められた仮想回転軸を決定するステップと、
操作装置からの操作信号に基づいて、前記作業器具を前記仮想回転軸回りに回転させるための前記チルトローテータの制御信号を生成するステップと、
生成した前記制御信号を出力するステップと、
を備える方法。 Control a working machine comprising a tiltrotator attached to the tip of the working machine and a working implement rotatably supported around three axes that intersect with the working machine on different planes via the tiltrotator. a method for
obtaining measurements from a plurality of sensors;
determining a current attitude of the working machine based on the measured values;
determining a virtual rotation axis defined corresponding to a reference direction of the work implement based on the determined current posture;
generating a control signal for the tiltrotator for rotating the work implement about the virtual rotation axis based on an operation signal from an operation device;
outputting the generated control signal;
How to prepare. 作業機の先端に取り付けられたチルトローテータと、前記チルトローテータを介して前記作業機に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持された作業器具とを備える作業機械の制御システムのコンピュータに、
複数のセンサから計測値を取得するステップと、
前記計測値に基づいて、前記作業機の現在の姿勢を決定するステップと、
決定した前記現在の姿勢に基づいて、当該作業器具の基準方向に対応して定められた仮想回転軸を決定するステップと、
操作装置からの操作信号に基づいて、前記作業器具を前記仮想回転軸回りに回転させるための前記チルトローテータの制御信号を生成するステップと、
生成した前記制御信号を出力するステップと、
を実行させるプログラム。 Control of a working machine comprising a tiltrotator attached to the tip of the working machine and a working implement rotatably supported around three axes that intersect the working machine on different planes via the tiltrotator. system computer,
obtaining measurements from a plurality of sensors;
determining a current attitude of the working machine based on the measured values;
determining a virtual rotation axis defined corresponding to a reference direction of the work implement based on the determined current posture;
generating a control signal for the tiltrotator for rotating the work implement about the virtual rotation axis based on an operation signal from an operation device;
outputting the generated control signal;
program to run.

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